Avec la volonté gaullienne de doter la France de la bombe atomique, il a fallu développer la production de plutonium. Pour cela, le Commissariat à l'énergie atomique a ouvert une usine à Marcoule en 1958, et pour pallier une éventuelle défaillance de celle-ci, a mis en projet une seconde usine d'extraction de plutonium.
Le 10 août 1961 paraît le décret déclarant d'utilité publique et urgent les travaux de construction d'un centre de traitement de combustibles usés pour en extraire du plutonium. Les travaux commencent en 1962 sur le plateau du Haut-Marais. L'usine devient opérationnelle en 1966 avec l'arrivée du premier combustible usé à traiter : un "château" d'uranium naturel graphite gaz en provenance du réacteur de Chinon.
En 1969, alors que Georges Pompidou redéfinit la politique nucléaire française, des rumeurs courent sur la fermeture de l'usine, devenue inutile pour l'armée du fait de stock de plutonium militaire désormais suffisant. Les effectifs de l'usine sont réduits d'un tiers avec le départ de 350 salariés, marquant la fin de l'emprise militaire. Il semble qu'aucun gramme de plutonium provenant du site de la Hague n'a eu un usage d'armement. ( Source ?)
À partir de cette date, l'usine s'oriente vers le traitement du combustible civil, soutenu par le choix de Valéry Giscard d'Estaing du « tout nucléaire » suite au premier choc pétrolier.
Les ingénieurs anticipent la génération des REP d'EDF par la mise en place de l'atelier HAO (Haute activité oxyde) ou UP2-400. En 1976, le CEA cède l'usine à la nouvelle entreprise publique, la Cogéma, qui gère désormais une usine de traitement des déchets nucléaires visant à recycler le combustible français d'EDF et étranger. À l'époque, ce passage à une entreprise publique mais de droit privé est vu par le personnel et les élus locaux comme un désengagement de l'état vis à vis du nucléaire et leur fait craindre une gestion des risques moins draconienne. Les agents inquiets commencent à parler. La CFDT réalise cette année-là un documentaire Condamné à réussir, électrochoc pour la population. Sur fond d'opposition à la privatisation, il illustre les difficiles conditions de travail, traite des dangers d'irradiations, fait part de l'inquiétude des agents. Ce document est ensuite utilisé par les anti-nucléaires. Les cadres de la Cogéma acceptent mal cette critique interne.
Les premiers manifestants antinucléaires se mobilisent dans la région en 1978, contre la future centrale nucléaire de Flamanville. C'est l'arrivée dans le port de Cherbourg des premiers combustibles étrangers (en provenance du Japon) qui rappellera l'existence de l' « usine atomique », en janvier 1979. Les grues du port sont alors occupées, de grandes manifestations réunissent 8 à 10 000 personnes dans les rues cherbourgeoises.
Parmi les opposants, on compte le poète normand Côtis-Capel :
Puis en 1981, l'incendie d'un silo de stockage alimente les inquiétudes, et est l'occasion d'une guerre de communication entre services de la Cogéma et militants écologistes. Aujourd'hui, la contestation est plus concentrée sur les actions médiatisées de Greenpeace lors du transport des déchets avant ou après recyclage, ou autour de prélèvements indépendants faits à la sortie du tuyau de rejet en mer et d'études sur le risque sanitaire (leucémies...).
Un décret d'utilité publique de 1980 confirmé par la gauche arrivée au pouvoir, permet des travaux d'extension de l'usine, dont la nouvelle unité (UP3) qui entrera en service dix ans plus tard. C'est le lancement du Grand chantier, qui transforme en une décennie le cap de la Hague.
Durant l'été 1997, la COGEMA plutôt que de remplacer la conduite de rejet en mer, procède au nettoyage et à la récupération du tartre accumulé à l'intérieur de la canalisation. Cette couche de tartre avait fixé des quantités importantes de radionucléides provenant des effluents. Son décapage va polluer l'environnement marin. C'est une analyse indépendante de la CRIIRAD qui révèle des contaminations de crustacés (crabes et homards). L'OPRI soutient alors que cette contamination est conforme aux normes européennes, sans préciser que les limites qu'il invoque sont réservées aux accidents nucléaires.
Une partie des pro-nucléaires ont quant à eux mis en avant une radioactivité naturelle pour expliquer ces taux anormalement élevés de radioactivité.
En 2000, les contrats décennaux d'UP3 prennent fin, laissant la place à des contrats au forfait, se traduisant par une réduction d'effectif.